Шпора по оптике2

6

Волновая оптика

Процесс распространения колебаний в пространстве называется волной.

Волны разделяются: продольные и поперечные.

Продольные - направление колебания частиц, происходящее вдоль направления распространения волны.

Поперечные - направление колебаний частиц происходит перпендикулярно к направлению распространения волны.

Геометрическое место точек, докуда дошла волна в данный момент времени, называется фронтом волны.

Волновая поверхность - геометрическое место точек, колеблющихся в одинаковой фазе.

Длина волны - расстояние, на которое распространяется волна, за время, равное периоду колебания.

, где Т-время, -длина волны, -скорость распространения волны.

Уравнение плоской монохромотической волны, распространяющееся вдоль оси x.

Волновое число - показывает, сколько длин волн укладывается на отрезке длиной 2:

R= ; R=.

Скорость распространения электромагнитной волны:

, где -магнитные постоянные, - свойства среды.

.С - постоянная.

Дисперсия-зависимость показателя преломления от среды: -связь оптических и электромагнитных свойств среды. n=C/, n –это абсолютный показатель преломления.

Интерференция света

Амплитуда результирующего колебания: , -разность фаз.

Если разность фаз, возбуждаемых волнами колебаний, остается постоянной во времени, то волны называются когерентными.

Величина, равная разности оптических длин, проходимых волнами путей, называется оптической разностью хода: ; -путь прохождения волны,-показатели преломления.

Интенсивность-это средняя энергия, переносимая электромагнитной волной через единичную площадку, перпендикулярную скорости распространения волны за единицу времени.

Интенсивность, наблюдаемая при положении некогерентных волн, равна сумме интенсивностей, создаваемых каждой из волн в отдельности: .

Явление наложения волн, при котором происходит перераспределение интенсивности (энергии) в пространстве, называется интерференцией.

Необходимые условия для наблюдения интерференции постоянная во времени разность фаз.

Источники, излучающие когерентные волны, называются когерентными источниками.

Оптической длиной пути называется произведение геометрической длины пути на показатель преломления, в котором происходит эта волна:

L=Sn

Условие максимума:

, где -оптическая разность хода.

Условие минимума:.

Принцип Гюйгенса

Дифракция:

1. Фраунгофера - дифракция плоской монофромотической волны;

2. Френеля - дифракция сферической волны или плоской волны.

Принцип Гюйгенса: всякая точка пространства, до которой дошло волновое возмущение, является центром вторичных волн, а их огибающая представляет собой волновой фронт в некотором времени: . Согласно принципу Гюйгенса-Френеля, каждый элемент поворота S служит источником вторичной сферической волны, амплитуда которой пропорциональна величине ЭДС.

Дифракция Фраунгофера:

Спектральный прибор, представляющий собой совокупность параллельных щелей, одинаковой ширины, лежащих в одной плоскости и разделенных между собой непрозрачными участками одинаковой ширины называется дифракционной решеткой.

, d-период дифракционной решетки.

, где l-длина дифракционной решетки.

Поляризация света

Плоскость, в которой колеблется световой вектор, называется плоскостью поляризации.

При некотором направлении падения луча на кристалл ращипление луча не будет наблюдаться – это называется оптической осью кристалла.

Плоскость, проходящая через оптическую ось называется плоскостью главного отсечения или главной плоскостью.

Закон Малеса: , где - угол между плоскостью поляризации поляризатора и плоскостью поляризации анализатора.

Дихроизм-это явление избирательного поглощения двояко преломляющих кристаллов лучами зависимости от ориентации в нем светового вектора.

Тепловое излучение

Поток энергии (Ф)-это количество энергии, которое испускается телом в единицу времени.

Энергетическая светимость-это энергия, испускаемая единицей поверхности тела в единицу времени по всем направлениям ().

Испускательная способность тел -это энергия испускаемая единицей поверхности в единицу времени, в едином интервале частот ().

Поглощательная способность()-это отношение потоков энергии поглощенного тела к потоку падающей энергии тела: .

Отражательная способность- отношение потока отраженной энергии к потоку падающей: .

Кирхгоф ввел понятие абсолютно черного тела –это тело, поглощательная способность которого равна 1 во всем диапазоне частот.

Абсолютно серое тело-это тело, поглощательная способность которого меньше 1 во всем диапазоне частот.

Закон теплового излучения: .

Закон Стефана-Больцмана: .

Длина волны: .

Энергетическая светимость(r) –это энергия, излучаемая с единицы площади, за единицу времени в интервале всех длин волн.

Функции Кирхгофа или испускательная способность абсолютно черного тела; впервые явный вид этой функции получили Реней и Джинс: . -частота.

Плант предположил, что электромагнитное излучение испускается квантами света, порция одного кванта равна: .

Формула Планта: .

Масса и импульс фатона. Внешний фотоэффект.

Свет представляет собой поток фотонов, энергия одного фотона:.

Так как фотон частица, движущаяся со скоростью света, следовательно она не имеет массы покоя .

Масса фотона -.

Импульс фатона: , h- постоянная Планта.

Фотоэффект

Фотоэффектом называется явления вырывания электронов с поверхности металла под действием света.

Законы фотоэффекта:

1. максимальная начальная скорость фотоэлектронов определяется частотой падающего излучения;

2. для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота или максимальная длина волны, ниже которой фотоэффект не наблюдается;

3. число фотоэлектронов, вырвавшихся из катода за единицу времени пропорционально падающему световому потоку.

Закон сохранения энергии для фотоэффекта: , где - энергия кванта, - выход электрона из катода.

Элементы ядерной физики

Атом - это наимельчайшая частица химического элемента, имеющая очень плотное ядро (), в котором сосредоточено вся его масса и положительный заряд.

Вокруг ядра вращаются электроны. В целом атом нейтрален. Радиус ядра .

Орбита электрона - это геометрическое место точек, где наиболее часто бывает электрон.

Ядро состоит из протонов и нейтронов, число протонов в ядре равно числу электронов в атоме.

Ядро с одинаковым числом протонов, но разным числом нейтронов называется изотопом.

Неустойчивые изотопы называются радионуклидами.

Закон радиоактивного распада: ,где -число радиоактивных ядер в начальный момент времени, N - число радиоактивных ядер в настоящий момент времени, - постоянная радиоактивного распада.

Основные виды полураспада:

1) -распад; 2) (позитрон) и (электрон).